空间机械臂抓取过程半物理仿真系统关键技术研究
发布时间：2023-06-27 23:22
空间机械臂抓取过程半物理(HIL)仿真是地面模拟空间机械臂抓取过程,研究不同形式机械臂的抓取特性和对接初始条件等问题的重要手段。空间机械臂抓取过程半物理仿真系统由对接动力学模型和HIL仿真系统实物组成。研究抓取过程HIL仿真系统特性、探究提高系统模拟能力的方法是保证系统准确模拟抓取过程的关键。而基于机器人位置内环控制和力外环控制的形式使HIL仿真系统成为一个模型复杂、强耦合、存在许多不确定性和未知性的复杂系统;同时,空间机械臂抓取过程由捕获阶段、拖动阶段、姿态校正阶段和缓冲阶段组成,不同阶段具有不同的特点;使HIL仿真系统建模、分析、控制和补偿方法等关键技术的研究变得困难。对此,本文从以下几个方面进行研究:设计空间机械臂抓取过程HIL仿真系统。针对研究目的和要求,采用集中参数法的建模思想,将机械臂等效为六自由度质量-弹簧-阻尼系统,建立空间机械臂对接动力学模型。综合对接动力学模型、并联机器人模型和接触模型建立空间机械臂抓取过程HIL仿真系统模型。从系统参数配置关系、系统稳定条件和对接动力学频率模拟能力三个重要方面分析HIL仿真系统的特性,得到系统满足稳定性和模拟精度的关键结论。抓取过程...
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究意义
1.2 空间对接技术及其仿真系统研究现状
1.2.1 空间对接技术研究现状
1.2.2 空间对接仿真技术研究现状
1.3 空间对接半物理仿真系统关键技术研究现状
1.3.1 并联机器人研究现状
1.3.2 机器人力控制研究现状
1.3.3 半物理仿真系统的研究概况总结
1.4 本文的主要研究内容
第2章 空间机械臂对接动力学建模与半物理仿真系统稳定性研究
2.1 引言
2.2 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统组成
2.3 空间机械臂对接动力学建模
2.4 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统建模与稳定性分析
2.4.1 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统建模
2.4.2 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统稳定性分析
2.5 稳定性分析结论和对接动力学频率模拟能力分析结论验证
2.6 本章小结
第3章 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统并联机器人控制策略研究
3.1 引言
3.2 并联机器人建模
3.2.1 并联机器人运动学模型
3.2.2 并联机器人动力学模型
3.2.3 永磁同步电机控制系统模型
3.2.4 并联机器人整体模型
3.3 基于模糊增量控制的并联机器人控制策略研究
3.3.1 模糊控制器及其功能模块分析
3.3.2 模糊增量控制器设计
3.4 基于模糊增量控制的抓取过程半物理仿真系统模拟
3.4.1 基于模糊增量控制的抓取过程半物理仿真系统模拟仿真验证
3.4.2 基于模糊增量控制的抓取过程半物理仿真系统模拟实验验证
3.5 本章小结
第4章 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统的力补偿方法研究
4.1 引言
4.2 基于Smith预测的力传感器测量延迟补偿方法研究
4.2.1 力传感器测量延迟模型
4.2.2 Simth预测补偿模型
4.3 基于三自由度刚度-阻尼在线辨识的力和力矩补偿方法研究
4.3.1 对接机构接触模型
4.3.2 基于卡尔曼滤波的三自由度刚度-阻尼参数辨识
4.3.3 力和力矩补偿模型
4.3.4 基于力和力矩补偿的半物理仿真系统模型与分析
4.4 Smith预测补偿与力和力矩补偿方法验证
4.4.1 Smith预测补偿与力和力矩补偿方法仿真验证
4.4.2 力和力矩补偿方法实验验证
4.5 本章小结
第5章 空间机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统特性研究
5.1 引言
5.2 机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统建模与分析
5.2.1 机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统组成
5.2.2 机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统建模
5.2.3 机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统特性分析
5.3 基于过程参数在线辨识的离散域力补偿研究
5.3.1 过程参数辨识与离散域力补偿模型
5.3.2 基于离散域力补偿的半物理仿真系统模型与分析
5.4 特性分析结论与离散域力补偿方法验证
5.4.1 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统特性分析结论仿真验证
5.4.2 基于过程参数在线辨识的离散域补偿方法仿真验证
5.4.3 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统特性分析结论实验验证
5.4.4 基于过程参数在线辨识的离散域力补偿方法实验验证
5.5 本章小结
第6章 空间机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统主动力控制研究
6.1 引言
6.2 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统主动柔顺力控制模型
6.3 基于μ理论的鲁棒力控制研究
6.3.1 不确定性的描述
6.3.2 标准H∞问题
6.3.3 鲁棒稳定性分析
6.3.4 μ设计与鲁棒性能
6.3.5 鲁棒力控制结构
6.3.6 力控制器鲁棒性分析
6.4 基于不同力控制器的主动柔顺力控制模拟
6.4.1 基于不同力控制器的主动柔顺力控制仿真验证
6.4.2 基于不同力控制器的主动柔顺力控制实验验证
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
本文编号：3835534
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究意义
1.2 空间对接技术及其仿真系统研究现状
1.2.1 空间对接技术研究现状
1.2.2 空间对接仿真技术研究现状
1.3 空间对接半物理仿真系统关键技术研究现状
1.3.1 并联机器人研究现状
1.3.2 机器人力控制研究现状
1.3.3 半物理仿真系统的研究概况总结
1.4 本文的主要研究内容
第2章 空间机械臂对接动力学建模与半物理仿真系统稳定性研究
2.1 引言
2.2 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统组成
2.3 空间机械臂对接动力学建模
2.4 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统建模与稳定性分析
2.4.1 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统建模
2.4.2 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统稳定性分析
2.5 稳定性分析结论和对接动力学频率模拟能力分析结论验证
2.6 本章小结
第3章 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统并联机器人控制策略研究
3.1 引言
3.2 并联机器人建模
3.2.1 并联机器人运动学模型
3.2.2 并联机器人动力学模型
3.2.3 永磁同步电机控制系统模型
3.2.4 并联机器人整体模型
3.3 基于模糊增量控制的并联机器人控制策略研究
3.3.1 模糊控制器及其功能模块分析
3.3.2 模糊增量控制器设计
3.4 基于模糊增量控制的抓取过程半物理仿真系统模拟
3.4.1 基于模糊增量控制的抓取过程半物理仿真系统模拟仿真验证
3.4.2 基于模糊增量控制的抓取过程半物理仿真系统模拟实验验证
3.5 本章小结
第4章 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统的力补偿方法研究
4.1 引言
4.2 基于Smith预测的力传感器测量延迟补偿方法研究
4.2.1 力传感器测量延迟模型
4.2.2 Simth预测补偿模型
4.3 基于三自由度刚度-阻尼在线辨识的力和力矩补偿方法研究
4.3.1 对接机构接触模型
4.3.2 基于卡尔曼滤波的三自由度刚度-阻尼参数辨识
4.3.3 力和力矩补偿模型
4.3.4 基于力和力矩补偿的半物理仿真系统模型与分析
4.4 Smith预测补偿与力和力矩补偿方法验证
4.4.1 Smith预测补偿与力和力矩补偿方法仿真验证
4.4.2 力和力矩补偿方法实验验证
4.5 本章小结
第5章 空间机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统特性研究
5.1 引言
5.2 机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统建模与分析
5.2.1 机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统组成
5.2.2 机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统建模
5.2.3 机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统特性分析
5.3 基于过程参数在线辨识的离散域力补偿研究
5.3.1 过程参数辨识与离散域力补偿模型
5.3.2 基于离散域力补偿的半物理仿真系统模型与分析
5.4 特性分析结论与离散域力补偿方法验证
5.4.1 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统特性分析结论仿真验证
5.4.2 基于过程参数在线辨识的离散域补偿方法仿真验证
5.4.3 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统特性分析结论实验验证
5.4.4 基于过程参数在线辨识的离散域力补偿方法实验验证
5.5 本章小结
第6章 空间机械臂等效为六维弹簧机构的半物理仿真系统主动力控制研究
6.1 引言
6.2 空间机械臂抓取过程半物理仿真系统主动柔顺力控制模型
6.3 基于μ理论的鲁棒力控制研究
6.3.1 不确定性的描述
6.3.2 标准H∞问题
6.3.3 鲁棒稳定性分析
6.3.4 μ设计与鲁棒性能
6.3.5 鲁棒力控制结构
6.3.6 力控制器鲁棒性分析
6.4 基于不同力控制器的主动柔顺力控制模拟
6.4.1 基于不同力控制器的主动柔顺力控制仿真验证
6.4.2 基于不同力控制器的主动柔顺力控制实验验证
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
本文编号：3835534
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